科学体验馆实验报告~雅各布天梯

-1-科学体验馆实验报告实验名称：雅各布天梯（——大气中的电压击穿现象）观察与思考：1、当你按下控制按钮后，看到了什么现象？答：当我按下控制按钮后，我观察到了两个电极之间产生明亮的电弧，同时电弧从两个电极的最底端快速向上爬，当电弧到达电极的顶端后消失，然后从电极底部又会产生新的电弧，形成周而复始的电弧爬梯现象。2、正常情况下，大气（干燥空气）的电击穿场强是106伏/米，当空气被击穿时，二电极之间将产生电弧，其发光的机理是什么？答：两个电极通电，使得两极之间的电压升到5万伏左右时，两极之间的空气被击穿，空气被电离，形成大量等离子体，被电离的空气中的原子核外电子从激发态跃迁回基态时，多余的能量以光和热量的形式放出，从而电弧发光。3、显然，“天梯”的二电极棒之间有较高的电势差，从你观察到的现象估测，二电极间的电势差有多大？答：由于在正常情况下，大气（干燥空气）的电击穿场强是106伏/米，两电极最底端之间的距离是5cm左右，最顶端两电极之间的距-2-离是20cm左右，所以两电极之间的电势差Umin=106V/m×0.05m=5×104V，Umax=106V/m×0.2m=2×105V，即两电极之间的电势差大约在5万伏至20万伏。4、为什么放电电弧会沿“天梯”上爬？答：两根电极之间的高电压使极间最狭窄处的电场极度强。巨大的电场力使空气电离而形成气体离子导电，电弧是等离子体，本质就是空气，我们看到的电弧是空气中的原子核外电子从激发态跃迁回基态时，多余的能量以光和热量的形式放出。电弧所在区域内的密度其实就是空气密度，所以会被热空气带动上升。所以放电电弧会沿“天梯”向上爬。空气对流使电弧向上升，随着电弧被拉长，电弧通过的电阻加大，当电流送给电弧的能量小于由弧道向周围空气散出的热量时，电弧就会自行熄灭。在高压下，电极间距最小处的空气还会再次被击穿，发生第二次电弧放电，如此周而复始。报告撰写人：